JP4159797B2 - 電動モータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子回路により構成される制御装置を有する電動モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータは、電源から供給される電流を機械的な回転運動に変換して出力する機器であり、ワイパなどの自動車用部品から、ＯＡ、ＡＶ機器などの民生機器にいたるまで幅広く用いられている。
【０００３】
このような電動モータの一種であるブラシ付き直流モータのモータ本体はヨークを有している。このヨークの内周面には永久磁石が固定されており、ヨークの内部に磁束を供給するようになっている。また、ヨーク内には、磁束中に位置して回転自在に電機子としてのロータが収容されており、このロータには複数のアマチュアコイルが設けられている。また、ロータの回転軸には複数の整流子片が放射状に取り付けられた整流子が軸着されており、この整流子にはブラシホルダに支持された複数のブラシが摺接されるようになっている。そして、これらのブラシに直流電流を供給することにより、整流子により整流された電流がアマチュアコイルに供給され、永久磁石の磁界中に位置するアマチュアコイルに電磁力が発生してロータが回転されるようになっている。
【０００４】
このようなブラシ付き直流モータでは、モータ本体には、その作動を制御するためのモータコントローラが接続されている。モータコントローラはモータ本体とは別体に設けられており、その内部には電子回路、例えば自動車に装備されるワイパ装置に用いられるブラシ付き直流モータの場合には、ロータの回転方向の切り換えや間欠動作をさせるための平板状の配線基盤が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなブラシ付き直流モータでは、モータコントローラはモータ本体とは別体に設けられており、モータ本体に対してコネクタ等を有する配線で接続されるようになっている。そのため、モータ本体以外にモータコントローラの筐体や配線基板さらにコネクタや配線などの部品が必要となり、このブラシ付き直流モータのコスト低減の妨げとなっていた。
【０００６】
また、モータ本体の取り付け部とは別にモータコントローラ取付部を確保しなければならないため、このブラシ付き直流モータの設置の自由度を狭めることになっていた。
【０００７】
本発明の目的は、部品点数を減らしてコストを低減した電動モータを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、設置の自由度を高めた電動モータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動モータは、電気エネルギを機械的な回転エネルギに変換する電動モータであって、磁束を供給する界磁システムとアマチュアコイルが設けられた電機子とを収容するモータハウジングを有するモータ本体と、前記モータハウジングの内周面に形成される絶縁層と該絶縁層上に形成される配線と該配線に実装される電子部品とにより前記モータハウジングの内周面に形成され、前記モータ本体を制御する電子回路とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の電動モータは、前記モータハウジングを底付き円筒状に形成された継鉄と前記継鉄の開口端に取り付けられる底付き円筒状に形成された蓋部材とにより形成し、前記電子回路を前記蓋部材の内周面に形成したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の電動モータは、前記蓋部材が放熱性材料により形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の電動モータは、前記蓋部材に取り付けられるブラシホルダと、前記ブラシホルダに固定され前記蓋部材と対向する位置に接続端子が設けられたブラシ保持部と、前記ブラシ保持部に支持されて前記電機子の回転軸に軸着された整流子と摺接するブラシとを有し、前記ブラシホルダを前記蓋部材に取り付けることにより前記接続端子と前記電子回路とが接続されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の電動モータは、電気エネルギを機械的な回転エネルギに変換する電動モータであって、磁束を供給する界磁システムとアマチュアコイルが設けられた電機子とを収容するモータハウジングを有するモータ本体と、前記電機子が固定され、前記モータハウジングに回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に軸着され、前記アマチュアコイルと接続された整流子と、底付き円筒状に形成され、前記モータハウジングの内部に設けられて前記整流子に摺接するブラシを保持するブラシホルダと、前記ブラシホルダの外周面もしくは底面の少なくとも何れか一方に形成される絶縁層と該絶縁層上に形成される配線と該配線に実装される電子部品とにより前記ブラシホルダの外周面もしくは底面の少なくとも何れか一方に形成され、前記モータ本体を制御する電子回路とを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の電動モータは、前記ブラシホルダが放熱性および耐電磁性を有する材料により形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の電動モータは、前記ブラシホルダを金属板にて形成し、前記ブラシホルダが樹脂にて覆われていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の形態であるブラシ付き直流モータを示す断面図であり、図２は図１に示すブラシ付き直流モータのＡ−Ａ断面を示す断面図である。また、図３は図１に示すブラシ付き直流モータの作動を制御するモータコントローラの制御体系を示す電子回路ブロック図であり、図４は図３に示すモータコントローラが実装されたフロントブラケットを示す斜視図である。
【００２０】
図１に示す電動モータとしてのブラシ付き直流モータは、自動車に装備されるワイパ装置に用いられるものであり、このブラシ付き直流モータのモータ本体１はモータハウジング２を有している。このモータハウジング２は継鉄としてのヨーク３を有しており、このヨーク３は深絞り鋼板をプレスで絞ることにより底付き円筒状に形成されている。また、ヨーク３の開口端には図示しない締結部材により蓋部材としてのフロントブラケット４が取り付けられている。このフロントブラケット４は放熱性材料としてのアルミニウム合金製となっており、ダイキャストにより底付き円筒状に形成されている。なお、本実施の形態においては、フロントブラケット４はアルミニウム合金にて形成されているが、これに限らず、放熱性を有する材料であれば他の金属や樹脂等にて形成するようにしてもよい。
【００２１】
ヨーク３の内周面には互いに異なる磁極を向かい合わせて配置された界磁システムとしての２つのセグメント形の永久磁石５，６が収容されており、ヨーク３の内部に磁束が供給されるようになっている。この磁束中に位置して、ヨーク３の内部には電機子としてのアマチュア７が収容されている。アマチュア７は回転軸としてのシャフト８を有しており、シャフト８はヨーク３の底部３ａとフロントブラケット４に形成された貫通孔４ａとに設けられた自動調心形の軸受９，１０に支持されている。これにより、アマチュア７はヨーク３内で回転自在となっている。そして、シャフト８の先端は貫通孔４ａから外部に突出し、図示しない減速機構を介して図示しないワイパ軸に接続されている。
【００２２】
シャフト８には多数のアマチュア抜板を積み重ねて形成されたアマチュアコア１１が軸着されており、このアマチュアコア１１の外周には１２個のスロット１１ａが形成されている。これらのスロット１１ａには、それぞれ表面が絶縁処理された銅線が巻き付けられてアマチュアコイル１２が形成されている。なお、本実施の形態においてはアマチュアコア１１の外周には１２個のスロット１１ａが形成されているが、これに限らず、モータ本体１の仕様に応じて任意の個数とすることができる。
【００２３】
また、シャフト８には、アマチュアコア１１の図中左側に位置して整流子としてのコミュテータ１３が軸着されている。このコミュテータ１３はシャフト８に固定された胴部１３ａとこの胴部１３ａの外周に放射状に配置された整流子片１３ｂとにより構成されており、それぞれの整流子片１３ｂはアマチュアコイル１２に接続されている。
【００２４】
フロントブラケット４の内部には底付き円筒状に形成されたブラシホルダとしてのブラシホルダユニット１４が取り付けられており、このブラシホルダユニット１４には２つのブラシ保持部１５が固定されている。これらのブラシ保持部１５は、それぞれスプリング１６によりコミュテータ１３の整流子片１３ｂに向けて付勢された状態で摺接するブラシ１７を支持している。つまり、ブラシ１７はブラシ保持部１５を介してブラシホルダユニット１４に保持されている。また、それぞれのブラシ保持部１５のフロントブラケット４の内周面と対向する位置には、それぞれフロントブラケット４の径方向に弾性変形可能に形成された接続端子１８が設けられており、これらの接続端子１８はそれぞれブラシ１７に対して電気的に接続されている。したがって、接続端子１８に電流を供給すると、それぞれのブラシ１７とコミュテータ１３とを介して整流された電流が磁束中に位置するアマチュアコイル１２に流れることになり、フレミングの左手の法則によりアマチュア７に回転力が発生することになる。つまり、アマチュアコイル１２に供給される電気エネルギはアマチュア７の機械的な回転エネルギに変換されることになる。なお、本実施の形態においては、ブラシ保持部１５に支持されるブラシ１７は２つ設けられているがこれに限らず、複数個であればいくつであってもよい。
【００２５】
アマチュア７の回転は図示しない減速機構を介してワイパ軸に伝達されるようになっている。そのため、ワイパ軸を揺動運動させるためには、それぞれのブラシ１７に供給する電流の方向を所定のタイミングで切り換えることが必要であり、また、ワイパ装置を一定間隔で作動させる間欠動作を行う際には、それぞれのブラシ１７に電流を供給するタイミングを調整する必要がある。
【００２６】
そのため、フロントブラケット４の内部にはモータ本体１を制御する制御装置としてのモータコントローラ１９が設けられている。つまり、このモータコントローラ１９により、モータ本体１に供給する電流つまりアマチュアコイル１２に供給する電流が制御されるようになっている。
【００２７】
図３に示すように、このモータコントローラ１９は通信部２０と制御部２１およびドライバ部２２を有しており、これらのモータコントローラ１９を構成する各部は電子回路により形成されている。これらの電子回路は、図４に示すように、フロントブラケット４の内周面に形成された絶縁層２３上に形成された配線に電子部品を実装することにより形成されている。また、それぞれのブラシ保持部１５に取り付けられた接続端子１８は、ブラシホルダユニット１４をフロントブラケット４に取り付けることにより、モータコントローラ１９のドライバ部２２を形成する電子回路と接触するようになっている。
【００２８】
このように、ブラシ付き直流モータのモータコントローラ１９はフロントブラケット４の内周面に設けられているので、モータコントローラ１９とモータ本体１とを接続するコネクタや配線等、さらにモータコントローラ１９を構成する本体の筐体や配線基板などが不要となる。したがって、このブラシ付き直流モータの部品点数は減少することになり、そのコストを低減することができる。
【００２９】
また、モータコントローラ１９はモータ本体１に内蔵されることになるので、自動車の限られたスペース内において、モータコントローラ１９の取付部を別途考慮する必要がない。したがって、このブラシ付き直流モータの設置の自由度が高められることになる。
【００３０】
さらに、フロントブラケット４はアルミニウム合金により形成されているため、その放熱性が高い。したがって、フロントブラケット４に実装された電子回路の放熱性は向上されることになり、放熱構造を簡素化してこのブラシ付き直流モータを小型化することができる。
【００３１】
さらに、それぞれのブラシ１７とモータコントローラ１９とは、ブラシホルダユニット１４をフロントブラケット４に取り付けることにより、それぞれの接続端子１８を介して接続されることになる。したがって、従来のようにそれぞれのブラシ１７とモータコントローラ１９とを接続するための溶接作業等が不要となり、このブラシ付き直流モータの組み立て工数を低減することができる。さらに、それぞれのブラシ１７に発生する熱は接続端子１８を介してフロントブラケット４に放熱されることになるため、ブラシ１７の特性や寿命が向上することになる。
【００３２】
モータコントローラ１９の通信部２０はフロントブラケット４に形成された接続部４ｂを介してＥＣＵ（エレクトロニックコントロールユニット）２４と接続されており、このＥＣＵ２４には図示しないワイパスイッチからの動作指令が入力されるようになっている。したがって、通信部２０に接続された制御部２１には、図示しないワイパスイッチからの動作指令すなわち、ワイパ装置の停止と始動および間欠動作の作動指令が、ＥＣＵ２４と通信部２０とを介して入力されるようになっている。
【００３３】
制御部２１には制御部本体２５とプリドライバ２６とが設けられており、ＥＣＵ２４からの作動指令を受けた制御部本体２５は、この作動指令に応じた所定のゲート信号Ｇを発するようにプリドライバ２６を制御することになる。
【００３４】
ドライバ部２２を構成する４つのパワースイッチング素子２７〜３０はブリッジ回路を構成しており、この回路には車両に搭載されたバッテリ３１に接続されている。これらのパワースイッチング素子２７〜３０はゲート信号Ｇが入力されると通電可能な状態となり、したがって、プリドライバ２６からのゲート信号Ｇが入力されるパワースイッチング素子を、それぞれパワースイッチング素子２７とパワースイッチング素子３０もしくはパワースイッチング素子２８とパワースイッチング素子２９とに切り換えることにより、ドライバ部２２から出力する電流の方向を切り換えることができる。また、全てのパワースイッチング素子２７〜３０を通電不能とすることで、それぞれのブラシ１７への電流の供給を停止することができる。これらのパワースイッチング素子としては、トランジスタやサイリスタ等を用いるようにしてもよい。
【００３５】
ドライバ部２２の電子回路には、それぞれのブラシ保持部１５に取り付けられた接続端子１８に接触するようになっており、この接触点においてドライバ部２２から出力される電流がブラシ１７に供給されるようになっている。したがって、ＥＣＵ２４からの作動指令にしたがって発せられるゲート信号Ｇにより、このドライバ部２２からブラシ１７に向けて、所定の方向に制御された電流が供給されることになる。また、これらのパワースイッチング素子２７〜３０の作動状態は随時制御部本体２５に向けてフィードバックされている。
【００３６】
このように、このモータコントローラ１９により、ブラシ１７を介してアマチュアコイル１２に供給される電流を制御することにより、モータ本体１が制御されることになる。つまり、モータコントローラ１９によりこのブラシ付き直流モータの回転を制御して、ワイパ装置に所定の動作を行わせることができる。
【００３７】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、前記実施の形態では、本発明を自動車のワイパ装置に用いられるブラシ付き直流モータに適用した場合を示しているが、これに限らず、ブラシレス直流モータやＡＣモータなど、制御装置を有する電動モータであればいずれのものに適用してもよい。
【００３８】
図５は本発明の他の実施の形態であるブラシ付き直流モータを示す断面図であり、図６は図５に示すブラシホルダの詳細を示す一部切欠斜視図である。なお、図５、図６においては、前述した部材に対応する部材には同一の符号が付されている。
【００３９】
図５に示すブラシ付き直流モータのモータ本体３２は、その基本的な構造においては図１に示すブラシ付き直流モータと同様となっている。そして、図５に示すブラシ付き直流モータでは、図１に示すブラシ付き直流モータにおいてフロントブラケット４の内周面に実装されていたモータコントローラ１９をブラシホルダユニット３３を構成するブラシホルダ３４に設けるようにしている。
【００４０】
図５に示すように、モータ本体３２におけるブラシホルダユニット３３はフロントブラケット４の内部に設けられている。このブラシホルダユニット３３は、図６にその詳細を示すように、放熱性および耐電磁性を有する材料としての金属板を絞り加工することにより底付き円筒状に形成されたブラシホルダ３４とブラシホルダ３４を覆うように形成された樹脂部３５とにより形成されている。なお、本実施の形態においては、ブラシホルダ３４は金属板にて形成されているが、これに限らず、放熱性および耐電磁性を有する材料であれば他の金属や樹脂等により形成するようにしてもよい。
【００４１】
ブラシホルダユニット３３の外径寸法はフロントブラケット４の内径寸法とほぼ同等に形成され、また、フロントブラケット４との取付部やフロントブラケット４に形成された接続部４ｂへの嵌め込み部などが形成されている。したがって、このブラシホルダユニット３３をフロントブラケット４に組み付ける際の位置決めは容易となり、このブラシホルダ３４のモータ本体３２に対する組付性が向上している。
【００４２】
モータコントローラ１９としては、図１に示すブラシ付き直流モータの場合と同様なものが用いられている。つまり、モータコントローラ１９は、図３に示すように、通信部２０と制御部２１とドライバ部２２とを有しており、これらのモータコントローラ１９を構成する各部は電子回路により形成されている。そして、これらの電子回路は、図６に示すように、ブラシホルダ３４の外周面３４ａおよび底面３４ｂ上に形成されて樹脂部３５の内部に位置してブラシホルダユニット３３と一体となっている。また、ブラシホルダ３４と電子回路との間には絶縁層３６が形成されており、ブラシホルダ３４と電子回路とは互い電気的に絶縁されている。なお、本実施の形態においては、モータコントローラ１９はブラシホルダ３４の外周面３４ａおよび底面３４ｂ上に形成されているが、これに限らず、外周面３４ａと底面３４ｂとのいずれか一方にのみ形成するようにしてもよい。
【００４３】
このように、ブラシ付き直流モータのモータコントローラ１９はモータハウジング２の内部に位置するブラシホルダ３４上に設けられているため、モータコントローラ１９とモータ本体３２とを接続するコネクタや配線等、さらにモータコントローラ１９を構成する本体の筐体や配線基板などが不要となる。したがって、このブラシ付き直流モータの部品点数は減少することになり、そのコストが低減することになる。
【００４４】
また、モータコントローラ１９はモータ本体３２に内蔵されることになるので、自動車の限られたスペース内において、モータコントローラ１９の取付部を別途考慮する必要がない。したがって、このブラシ付き直流モータの設置の自由度が高められることになる。
【００４５】
さらに、ブラシホルダ３４は底付き円筒状に形成されているので、電子回路をその底面３４ｂ上だけではなく外周面３４ａにも形成することができる。したがって、ブラシホルダ３４上における電子回路の実装面を増加することができ、より複雑な電子回路を形成することができる。
【００４６】
さらに、ブラシホルダ３４とモータコントローラ１９とは一体に樹脂成形されてブラシホルダユニット３３とされているので、ブラシホルダユニット３３の外部形状を従来のブラシ付き直流モータのブラシホルダと同様な形状とすることにより、従来のブラシ付き直流モータに容易にこの発明を適用することができる。
【００４７】
さらに、ブラシホルダ３４を金属製としたことにより、整流子片１３ｂとブラシ１７との摺接面から発生する整流ノイズやアマチュア７による回転磁界の放射ノイズはブラシホルダ３４により遮蔽されることになる。したがって、モータコントローラ１９を構成する電子部品に対するノイズの影響は低減され、モータコントローラ１９の誤作動が防止されることになる。また、この整流ノイズが外部に放射されることを防ぐことにもなる。
【００４８】
ブラシホルダ３４のコミュテータ１３と対向する位置には磁気センサ３７が取り付けられており、コミュテータ１３の先端には磁石３８が取り付けられている。磁気センサ３７はモータコントローラ１９の電子回路に接続されており、アマチュア７と一体に回転する磁石３８に反応して、このブラシ付き直流モータの回転数を検出することができるようになっている。磁気センサ３７により検出された回転数は、随時制御部本体２５に向けてフィードバックされるようになっており、より精度の高い制御を可能としている。このような構造とすることにより、モータ本体３２の外形寸法を変えずにアマチュア７の回転数を検出するセンサ機能を付加することができる。また、この磁気センサ３７および磁石３８の数を増減させることにより、インクリメンタル型やアブソリュート型の選択が容易に可能となる。なお、本実施の形態では磁気センサ３７と磁石３８とにより構成されるセンサを用いているがこれに限らず、光学式のセンサや接触式のセンサなど他の方式のセンサを用いてもよい。
【００４９】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、従来、モータ本体とは別体に設けられていた制御装置をモータ本体に内蔵することができるため、制御装置の筐体や配線基板さらにコネクタや配線などの部品が不要となり、この電動モータの部品点数を減らしてコストを低減することができる。
【００５１】
また、本発明によれば、制御装置はモータ本体に内蔵されるため、制御装置の取付部を別に設ける必要がなく、この電動モータの設置の自由度を高めることができる。
【００５２】
さらに、本発明によれば、制御装置の電子回路は放熱性材料により形成された蓋部材の内周面に直接構成されるので、電子回路の放熱性が向上することになり、放熱構造を簡素化してこの電動モータを小型化することができる。また、電子回路や蓋部材の設計自由度を向上することができる。
【００５３】
さらに、本発明によれば、ブラシホルダを蓋部材に取り付けることにより接続端子と制御装置とが接続されるので、溶接やコネクタ等が不要となり、この電動モータの組み立て工数を低減することができる。また、ブラシに発生する熱は蓋部材に放熱されることになり、ブラシの特性や寿命を向上することができる。
【００５４】
さらに、本発明によれば、制御装置をブラシホルダ上に設けてこれらを一体に樹脂成形したことにより、従来のブラシ付き直流モータのブラシホルダとの互換性を持たせることができるため、従来のブラシ付き直流モータの形状を変更せずにこの発明を適用することができる。また、蓋部材とブラシホルダとの組付性を向上することができる。
【００５５】
さらに、本発明によれば、ブラシホルダを底付き円筒状に形成したことにより、制御装置を構成する電子回路の実装面が増加することになるため、より複雑な電子回路を形成することができる。
【００５６】
さらに、本発明によれば、ブラシホルダは放熱性および耐電磁性を有する材料により形成されるので、整流子とブラシとの摺接面から発生する整流ノイズや電機子等による回転磁界の放射ノイズはこのブラシホルダにより遮蔽されることになり、モータコントローラを構成する電子部品の誤作動や、この整流ノイズが外部に放射されることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であるブラシ付き直流モータを示す断面図である。
【図２】図１に示すブラシ付き直流モータのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図３】図１に示すブラシ付き直流モータの作動を制御するモータコントローラの制御体系を示す電子回路ブロック図である。
【図４】図３に示すモータコントローラが実装されたフロントブラケットを示す斜視図である。
【図５】本発明の他の実施の形態であるブラシ付き直流モータを示す断面図である。
【図６】図５に示すブラシホルダの詳細を示す一部切欠斜視図である。
【符号の説明】
１ モータ本体
２ モータハウジング
３ ヨーク
３ａ 底部
４ フロントブラケット
４ａ 貫通孔
４ｂ 接続部
５，６ 永久磁石
７ アマチュア
８ シャフト
９，１０ 軸受
１１ アマチュアコア
１１ａ スロット
１２ アマチュアコイル
１３ コミュテータ
１３ａ 胴部
１３ｂ 整流子片
１４ ブラシホルダユニット
１５ ブラシ保持部
１６ スプリング
１７ ブラシ
１８ 接続端子
１９ モータコントローラ
２０ 通信部
２１ 制御部
２２ ドライバ部
２３ 絶縁層
２４ ＥＣＵ
２５ 制御部本体
２６ プリドライバ
２７〜３０ パワースイッチング素子
３１ バッテリ
３２ モータ本体
３３ ブラシホルダユニット
３４ ブラシホルダ
３４ａ 外周面
３４ｂ 底面
３５ 樹脂部
３６ 絶縁層
３７ 磁気センサ
３８ 磁石
Ｇ ゲート信号
【発明の属する技術分野】
本発明は電子回路により構成される制御装置を有する電動モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータは、電源から供給される電流を機械的な回転運動に変換して出力する機器であり、ワイパなどの自動車用部品から、ＯＡ、ＡＶ機器などの民生機器にいたるまで幅広く用いられている。
【０００３】
このような電動モータの一種であるブラシ付き直流モータのモータ本体はヨークを有している。このヨークの内周面には永久磁石が固定されており、ヨークの内部に磁束を供給するようになっている。また、ヨーク内には、磁束中に位置して回転自在に電機子としてのロータが収容されており、このロータには複数のアマチュアコイルが設けられている。また、ロータの回転軸には複数の整流子片が放射状に取り付けられた整流子が軸着されており、この整流子にはブラシホルダに支持された複数のブラシが摺接されるようになっている。そして、これらのブラシに直流電流を供給することにより、整流子により整流された電流がアマチュアコイルに供給され、永久磁石の磁界中に位置するアマチュアコイルに電磁力が発生してロータが回転されるようになっている。
【０００４】
このようなブラシ付き直流モータでは、モータ本体には、その作動を制御するためのモータコントローラが接続されている。モータコントローラはモータ本体とは別体に設けられており、その内部には電子回路、例えば自動車に装備されるワイパ装置に用いられるブラシ付き直流モータの場合には、ロータの回転方向の切り換えや間欠動作をさせるための平板状の配線基盤が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなブラシ付き直流モータでは、モータコントローラはモータ本体とは別体に設けられており、モータ本体に対してコネクタ等を有する配線で接続されるようになっている。そのため、モータ本体以外にモータコントローラの筐体や配線基板さらにコネクタや配線などの部品が必要となり、このブラシ付き直流モータのコスト低減の妨げとなっていた。
【０００６】
また、モータ本体の取り付け部とは別にモータコントローラ取付部を確保しなければならないため、このブラシ付き直流モータの設置の自由度を狭めることになっていた。
【０００７】
本発明の目的は、部品点数を減らしてコストを低減した電動モータを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、設置の自由度を高めた電動モータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動モータは、電気エネルギを機械的な回転エネルギに変換する電動モータであって、磁束を供給する界磁システムとアマチュアコイルが設けられた電機子とを収容するモータハウジングを有するモータ本体と、前記モータハウジングの内周面に形成される絶縁層と該絶縁層上に形成される配線と該配線に実装される電子部品とにより前記モータハウジングの内周面に形成され、前記モータ本体を制御する電子回路とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の電動モータは、前記モータハウジングを底付き円筒状に形成された継鉄と前記継鉄の開口端に取り付けられる底付き円筒状に形成された蓋部材とにより形成し、前記電子回路を前記蓋部材の内周面に形成したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の電動モータは、前記蓋部材が放熱性材料により形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の電動モータは、前記蓋部材に取り付けられるブラシホルダと、前記ブラシホルダに固定され前記蓋部材と対向する位置に接続端子が設けられたブラシ保持部と、前記ブラシ保持部に支持されて前記電機子の回転軸に軸着された整流子と摺接するブラシとを有し、前記ブラシホルダを前記蓋部材に取り付けることにより前記接続端子と前記電子回路とが接続されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の電動モータは、電気エネルギを機械的な回転エネルギに変換する電動モータであって、磁束を供給する界磁システムとアマチュアコイルが設けられた電機子とを収容するモータハウジングを有するモータ本体と、前記電機子が固定され、前記モータハウジングに回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に軸着され、前記アマチュアコイルと接続された整流子と、底付き円筒状に形成され、前記モータハウジングの内部に設けられて前記整流子に摺接するブラシを保持するブラシホルダと、前記ブラシホルダの外周面もしくは底面の少なくとも何れか一方に形成される絶縁層と該絶縁層上に形成される配線と該配線に実装される電子部品とにより前記ブラシホルダの外周面もしくは底面の少なくとも何れか一方に形成され、前記モータ本体を制御する電子回路とを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の電動モータは、前記ブラシホルダが放熱性および耐電磁性を有する材料により形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の電動モータは、前記ブラシホルダを金属板にて形成し、前記ブラシホルダが樹脂にて覆われていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の形態であるブラシ付き直流モータを示す断面図であり、図２は図１に示すブラシ付き直流モータのＡ−Ａ断面を示す断面図である。また、図３は図１に示すブラシ付き直流モータの作動を制御するモータコントローラの制御体系を示す電子回路ブロック図であり、図４は図３に示すモータコントローラが実装されたフロントブラケットを示す斜視図である。
【００２０】
図１に示す電動モータとしてのブラシ付き直流モータは、自動車に装備されるワイパ装置に用いられるものであり、このブラシ付き直流モータのモータ本体１はモータハウジング２を有している。このモータハウジング２は継鉄としてのヨーク３を有しており、このヨーク３は深絞り鋼板をプレスで絞ることにより底付き円筒状に形成されている。また、ヨーク３の開口端には図示しない締結部材により蓋部材としてのフロントブラケット４が取り付けられている。このフロントブラケット４は放熱性材料としてのアルミニウム合金製となっており、ダイキャストにより底付き円筒状に形成されている。なお、本実施の形態においては、フロントブラケット４はアルミニウム合金にて形成されているが、これに限らず、放熱性を有する材料であれば他の金属や樹脂等にて形成するようにしてもよい。
【００２１】
ヨーク３の内周面には互いに異なる磁極を向かい合わせて配置された界磁システムとしての２つのセグメント形の永久磁石５，６が収容されており、ヨーク３の内部に磁束が供給されるようになっている。この磁束中に位置して、ヨーク３の内部には電機子としてのアマチュア７が収容されている。アマチュア７は回転軸としてのシャフト８を有しており、シャフト８はヨーク３の底部３ａとフロントブラケット４に形成された貫通孔４ａとに設けられた自動調心形の軸受９，１０に支持されている。これにより、アマチュア７はヨーク３内で回転自在となっている。そして、シャフト８の先端は貫通孔４ａから外部に突出し、図示しない減速機構を介して図示しないワイパ軸に接続されている。
【００２２】
シャフト８には多数のアマチュア抜板を積み重ねて形成されたアマチュアコア１１が軸着されており、このアマチュアコア１１の外周には１２個のスロット１１ａが形成されている。これらのスロット１１ａには、それぞれ表面が絶縁処理された銅線が巻き付けられてアマチュアコイル１２が形成されている。なお、本実施の形態においてはアマチュアコア１１の外周には１２個のスロット１１ａが形成されているが、これに限らず、モータ本体１の仕様に応じて任意の個数とすることができる。
【００２３】
また、シャフト８には、アマチュアコア１１の図中左側に位置して整流子としてのコミュテータ１３が軸着されている。このコミュテータ１３はシャフト８に固定された胴部１３ａとこの胴部１３ａの外周に放射状に配置された整流子片１３ｂとにより構成されており、それぞれの整流子片１３ｂはアマチュアコイル１２に接続されている。
【００２４】
フロントブラケット４の内部には底付き円筒状に形成されたブラシホルダとしてのブラシホルダユニット１４が取り付けられており、このブラシホルダユニット１４には２つのブラシ保持部１５が固定されている。これらのブラシ保持部１５は、それぞれスプリング１６によりコミュテータ１３の整流子片１３ｂに向けて付勢された状態で摺接するブラシ１７を支持している。つまり、ブラシ１７はブラシ保持部１５を介してブラシホルダユニット１４に保持されている。また、それぞれのブラシ保持部１５のフロントブラケット４の内周面と対向する位置には、それぞれフロントブラケット４の径方向に弾性変形可能に形成された接続端子１８が設けられており、これらの接続端子１８はそれぞれブラシ１７に対して電気的に接続されている。したがって、接続端子１８に電流を供給すると、それぞれのブラシ１７とコミュテータ１３とを介して整流された電流が磁束中に位置するアマチュアコイル１２に流れることになり、フレミングの左手の法則によりアマチュア７に回転力が発生することになる。つまり、アマチュアコイル１２に供給される電気エネルギはアマチュア７の機械的な回転エネルギに変換されることになる。なお、本実施の形態においては、ブラシ保持部１５に支持されるブラシ１７は２つ設けられているがこれに限らず、複数個であればいくつであってもよい。
【００２５】
アマチュア７の回転は図示しない減速機構を介してワイパ軸に伝達されるようになっている。そのため、ワイパ軸を揺動運動させるためには、それぞれのブラシ１７に供給する電流の方向を所定のタイミングで切り換えることが必要であり、また、ワイパ装置を一定間隔で作動させる間欠動作を行う際には、それぞれのブラシ１７に電流を供給するタイミングを調整する必要がある。
【００２６】
そのため、フロントブラケット４の内部にはモータ本体１を制御する制御装置としてのモータコントローラ１９が設けられている。つまり、このモータコントローラ１９により、モータ本体１に供給する電流つまりアマチュアコイル１２に供給する電流が制御されるようになっている。
【００２７】
図３に示すように、このモータコントローラ１９は通信部２０と制御部２１およびドライバ部２２を有しており、これらのモータコントローラ１９を構成する各部は電子回路により形成されている。これらの電子回路は、図４に示すように、フロントブラケット４の内周面に形成された絶縁層２３上に形成された配線に電子部品を実装することにより形成されている。また、それぞれのブラシ保持部１５に取り付けられた接続端子１８は、ブラシホルダユニット１４をフロントブラケット４に取り付けることにより、モータコントローラ１９のドライバ部２２を形成する電子回路と接触するようになっている。
【００２８】
このように、ブラシ付き直流モータのモータコントローラ１９はフロントブラケット４の内周面に設けられているので、モータコントローラ１９とモータ本体１とを接続するコネクタや配線等、さらにモータコントローラ１９を構成する本体の筐体や配線基板などが不要となる。したがって、このブラシ付き直流モータの部品点数は減少することになり、そのコストを低減することができる。
【００２９】
また、モータコントローラ１９はモータ本体１に内蔵されることになるので、自動車の限られたスペース内において、モータコントローラ１９の取付部を別途考慮する必要がない。したがって、このブラシ付き直流モータの設置の自由度が高められることになる。
【００３０】
さらに、フロントブラケット４はアルミニウム合金により形成されているため、その放熱性が高い。したがって、フロントブラケット４に実装された電子回路の放熱性は向上されることになり、放熱構造を簡素化してこのブラシ付き直流モータを小型化することができる。
【００３１】
さらに、それぞれのブラシ１７とモータコントローラ１９とは、ブラシホルダユニット１４をフロントブラケット４に取り付けることにより、それぞれの接続端子１８を介して接続されることになる。したがって、従来のようにそれぞれのブラシ１７とモータコントローラ１９とを接続するための溶接作業等が不要となり、このブラシ付き直流モータの組み立て工数を低減することができる。さらに、それぞれのブラシ１７に発生する熱は接続端子１８を介してフロントブラケット４に放熱されることになるため、ブラシ１７の特性や寿命が向上することになる。
【００３２】
モータコントローラ１９の通信部２０はフロントブラケット４に形成された接続部４ｂを介してＥＣＵ（エレクトロニックコントロールユニット）２４と接続されており、このＥＣＵ２４には図示しないワイパスイッチからの動作指令が入力されるようになっている。したがって、通信部２０に接続された制御部２１には、図示しないワイパスイッチからの動作指令すなわち、ワイパ装置の停止と始動および間欠動作の作動指令が、ＥＣＵ２４と通信部２０とを介して入力されるようになっている。
【００３３】
制御部２１には制御部本体２５とプリドライバ２６とが設けられており、ＥＣＵ２４からの作動指令を受けた制御部本体２５は、この作動指令に応じた所定のゲート信号Ｇを発するようにプリドライバ２６を制御することになる。
【００３４】
ドライバ部２２を構成する４つのパワースイッチング素子２７〜３０はブリッジ回路を構成しており、この回路には車両に搭載されたバッテリ３１に接続されている。これらのパワースイッチング素子２７〜３０はゲート信号Ｇが入力されると通電可能な状態となり、したがって、プリドライバ２６からのゲート信号Ｇが入力されるパワースイッチング素子を、それぞれパワースイッチング素子２７とパワースイッチング素子３０もしくはパワースイッチング素子２８とパワースイッチング素子２９とに切り換えることにより、ドライバ部２２から出力する電流の方向を切り換えることができる。また、全てのパワースイッチング素子２７〜３０を通電不能とすることで、それぞれのブラシ１７への電流の供給を停止することができる。これらのパワースイッチング素子としては、トランジスタやサイリスタ等を用いるようにしてもよい。
【００３５】
ドライバ部２２の電子回路には、それぞれのブラシ保持部１５に取り付けられた接続端子１８に接触するようになっており、この接触点においてドライバ部２２から出力される電流がブラシ１７に供給されるようになっている。したがって、ＥＣＵ２４からの作動指令にしたがって発せられるゲート信号Ｇにより、このドライバ部２２からブラシ１７に向けて、所定の方向に制御された電流が供給されることになる。また、これらのパワースイッチング素子２７〜３０の作動状態は随時制御部本体２５に向けてフィードバックされている。
【００３６】
このように、このモータコントローラ１９により、ブラシ１７を介してアマチュアコイル１２に供給される電流を制御することにより、モータ本体１が制御されることになる。つまり、モータコントローラ１９によりこのブラシ付き直流モータの回転を制御して、ワイパ装置に所定の動作を行わせることができる。
【００３７】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、前記実施の形態では、本発明を自動車のワイパ装置に用いられるブラシ付き直流モータに適用した場合を示しているが、これに限らず、ブラシレス直流モータやＡＣモータなど、制御装置を有する電動モータであればいずれのものに適用してもよい。
【００３８】
図５は本発明の他の実施の形態であるブラシ付き直流モータを示す断面図であり、図６は図５に示すブラシホルダの詳細を示す一部切欠斜視図である。なお、図５、図６においては、前述した部材に対応する部材には同一の符号が付されている。
【００３９】
図５に示すブラシ付き直流モータのモータ本体３２は、その基本的な構造においては図１に示すブラシ付き直流モータと同様となっている。そして、図５に示すブラシ付き直流モータでは、図１に示すブラシ付き直流モータにおいてフロントブラケット４の内周面に実装されていたモータコントローラ１９をブラシホルダユニット３３を構成するブラシホルダ３４に設けるようにしている。
【００４０】
図５に示すように、モータ本体３２におけるブラシホルダユニット３３はフロントブラケット４の内部に設けられている。このブラシホルダユニット３３は、図６にその詳細を示すように、放熱性および耐電磁性を有する材料としての金属板を絞り加工することにより底付き円筒状に形成されたブラシホルダ３４とブラシホルダ３４を覆うように形成された樹脂部３５とにより形成されている。なお、本実施の形態においては、ブラシホルダ３４は金属板にて形成されているが、これに限らず、放熱性および耐電磁性を有する材料であれば他の金属や樹脂等により形成するようにしてもよい。
【００４１】
ブラシホルダユニット３３の外径寸法はフロントブラケット４の内径寸法とほぼ同等に形成され、また、フロントブラケット４との取付部やフロントブラケット４に形成された接続部４ｂへの嵌め込み部などが形成されている。したがって、このブラシホルダユニット３３をフロントブラケット４に組み付ける際の位置決めは容易となり、このブラシホルダ３４のモータ本体３２に対する組付性が向上している。
【００４２】
モータコントローラ１９としては、図１に示すブラシ付き直流モータの場合と同様なものが用いられている。つまり、モータコントローラ１９は、図３に示すように、通信部２０と制御部２１とドライバ部２２とを有しており、これらのモータコントローラ１９を構成する各部は電子回路により形成されている。そして、これらの電子回路は、図６に示すように、ブラシホルダ３４の外周面３４ａおよび底面３４ｂ上に形成されて樹脂部３５の内部に位置してブラシホルダユニット３３と一体となっている。また、ブラシホルダ３４と電子回路との間には絶縁層３６が形成されており、ブラシホルダ３４と電子回路とは互い電気的に絶縁されている。なお、本実施の形態においては、モータコントローラ１９はブラシホルダ３４の外周面３４ａおよび底面３４ｂ上に形成されているが、これに限らず、外周面３４ａと底面３４ｂとのいずれか一方にのみ形成するようにしてもよい。
【００４３】
このように、ブラシ付き直流モータのモータコントローラ１９はモータハウジング２の内部に位置するブラシホルダ３４上に設けられているため、モータコントローラ１９とモータ本体３２とを接続するコネクタや配線等、さらにモータコントローラ１９を構成する本体の筐体や配線基板などが不要となる。したがって、このブラシ付き直流モータの部品点数は減少することになり、そのコストが低減することになる。
【００４４】
また、モータコントローラ１９はモータ本体３２に内蔵されることになるので、自動車の限られたスペース内において、モータコントローラ１９の取付部を別途考慮する必要がない。したがって、このブラシ付き直流モータの設置の自由度が高められることになる。
【００４５】
さらに、ブラシホルダ３４は底付き円筒状に形成されているので、電子回路をその底面３４ｂ上だけではなく外周面３４ａにも形成することができる。したがって、ブラシホルダ３４上における電子回路の実装面を増加することができ、より複雑な電子回路を形成することができる。
【００４６】
さらに、ブラシホルダ３４とモータコントローラ１９とは一体に樹脂成形されてブラシホルダユニット３３とされているので、ブラシホルダユニット３３の外部形状を従来のブラシ付き直流モータのブラシホルダと同様な形状とすることにより、従来のブラシ付き直流モータに容易にこの発明を適用することができる。
【００４７】
さらに、ブラシホルダ３４を金属製としたことにより、整流子片１３ｂとブラシ１７との摺接面から発生する整流ノイズやアマチュア７による回転磁界の放射ノイズはブラシホルダ３４により遮蔽されることになる。したがって、モータコントローラ１９を構成する電子部品に対するノイズの影響は低減され、モータコントローラ１９の誤作動が防止されることになる。また、この整流ノイズが外部に放射されることを防ぐことにもなる。
【００４８】
ブラシホルダ３４のコミュテータ１３と対向する位置には磁気センサ３７が取り付けられており、コミュテータ１３の先端には磁石３８が取り付けられている。磁気センサ３７はモータコントローラ１９の電子回路に接続されており、アマチュア７と一体に回転する磁石３８に反応して、このブラシ付き直流モータの回転数を検出することができるようになっている。磁気センサ３７により検出された回転数は、随時制御部本体２５に向けてフィードバックされるようになっており、より精度の高い制御を可能としている。このような構造とすることにより、モータ本体３２の外形寸法を変えずにアマチュア７の回転数を検出するセンサ機能を付加することができる。また、この磁気センサ３７および磁石３８の数を増減させることにより、インクリメンタル型やアブソリュート型の選択が容易に可能となる。なお、本実施の形態では磁気センサ３７と磁石３８とにより構成されるセンサを用いているがこれに限らず、光学式のセンサや接触式のセンサなど他の方式のセンサを用いてもよい。
【００４９】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、従来、モータ本体とは別体に設けられていた制御装置をモータ本体に内蔵することができるため、制御装置の筐体や配線基板さらにコネクタや配線などの部品が不要となり、この電動モータの部品点数を減らしてコストを低減することができる。
【００５１】
また、本発明によれば、制御装置はモータ本体に内蔵されるため、制御装置の取付部を別に設ける必要がなく、この電動モータの設置の自由度を高めることができる。
【００５２】
さらに、本発明によれば、制御装置の電子回路は放熱性材料により形成された蓋部材の内周面に直接構成されるので、電子回路の放熱性が向上することになり、放熱構造を簡素化してこの電動モータを小型化することができる。また、電子回路や蓋部材の設計自由度を向上することができる。
【００５３】
さらに、本発明によれば、ブラシホルダを蓋部材に取り付けることにより接続端子と制御装置とが接続されるので、溶接やコネクタ等が不要となり、この電動モータの組み立て工数を低減することができる。また、ブラシに発生する熱は蓋部材に放熱されることになり、ブラシの特性や寿命を向上することができる。
【００５４】
さらに、本発明によれば、制御装置をブラシホルダ上に設けてこれらを一体に樹脂成形したことにより、従来のブラシ付き直流モータのブラシホルダとの互換性を持たせることができるため、従来のブラシ付き直流モータの形状を変更せずにこの発明を適用することができる。また、蓋部材とブラシホルダとの組付性を向上することができる。
【００５５】
さらに、本発明によれば、ブラシホルダを底付き円筒状に形成したことにより、制御装置を構成する電子回路の実装面が増加することになるため、より複雑な電子回路を形成することができる。
【００５６】
さらに、本発明によれば、ブラシホルダは放熱性および耐電磁性を有する材料により形成されるので、整流子とブラシとの摺接面から発生する整流ノイズや電機子等による回転磁界の放射ノイズはこのブラシホルダにより遮蔽されることになり、モータコントローラを構成する電子部品の誤作動や、この整流ノイズが外部に放射されることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であるブラシ付き直流モータを示す断面図である。
【図２】図１に示すブラシ付き直流モータのＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図３】図１に示すブラシ付き直流モータの作動を制御するモータコントローラの制御体系を示す電子回路ブロック図である。
【図４】図３に示すモータコントローラが実装されたフロントブラケットを示す斜視図である。
【図５】本発明の他の実施の形態であるブラシ付き直流モータを示す断面図である。
【図６】図５に示すブラシホルダの詳細を示す一部切欠斜視図である。
【符号の説明】
１ モータ本体
２ モータハウジング
３ ヨーク
３ａ 底部
４ フロントブラケット
４ａ 貫通孔
４ｂ 接続部
５，６ 永久磁石
７ アマチュア
８ シャフト
９，１０ 軸受
１１ アマチュアコア
１１ａ スロット
１２ アマチュアコイル
１３ コミュテータ
１３ａ 胴部
１３ｂ 整流子片
１４ ブラシホルダユニット
１５ ブラシ保持部
１６ スプリング
１７ ブラシ
１８ 接続端子
１９ モータコントローラ
２０ 通信部
２１ 制御部
２２ ドライバ部
２３ 絶縁層
２４ ＥＣＵ
２５ 制御部本体
２６ プリドライバ
２７〜３０ パワースイッチング素子
３１ バッテリ
３２ モータ本体
３３ ブラシホルダユニット
３４ ブラシホルダ
３４ａ 外周面
３４ｂ 底面
３５ 樹脂部
３６ 絶縁層
３７ 磁気センサ
３８ 磁石
Ｇ ゲート信号
Claims (7)
- 電気エネルギを機械的な回転エネルギに変換する電動モータであって、
磁束を供給する界磁システムとアマチュアコイルが設けられた電機子とを収容するモータハウジングを有するモータ本体と、
前記モータハウジングの内周面に形成される絶縁層と該絶縁層上に形成される配線と該配線に実装される電子部品とにより前記モータハウジングの内周面に形成され、前記モータ本体を制御する電子回路とを有することを特徴とする電動モータ。 - 請求項１記載の電動モータにおいて、前記モータハウジングを底付き円筒状に形成された継鉄と前記継鉄の開口端に取り付けられる底付き円筒状に形成された蓋部材とにより形成し、前記電子回路を前記蓋部材の内周面に形成したことを特徴とする電動モータ。
- 請求項２記載の電動モータにおいて、前記蓋部材が放熱性材料により形成されていることを特徴とする電動モータ。
- 請求項２または３記載の電動モータにおいて、前記蓋部材に取り付けられるブラシホルダと、前記ブラシホルダに固定され前記蓋部材と対向する位置に接続端子が設けられたブラシ保持部と、前記ブラシ保持部に支持されて前記電機子の回転軸に軸着された整流子と摺接するブラシとを有し、前記ブラシホルダを前記蓋部材に取り付けることにより前記接続端子と前記電子回路とが接続されることを特徴とする電動モータ。
- 電気エネルギを機械的な回転エネルギに変換する電動モータであって、
磁束を供給する界磁システムとアマチュアコイルが設けられた電機子とを収容するモータハウジングを有するモータ本体と、
前記電機子が固定され、前記モータハウジングに回転自在に支持された回転軸と、
前記回転軸に軸着され、前記アマチュアコイルと接続された整流子と、
底付き円筒状に形成され、前記モータハウジングの内部に設けられて前記整流子に摺接するブラシを保持するブラシホルダと、
前記ブラシホルダの外周面もしくは底面の少なくとも何れか一方に形成される絶縁層と該絶縁層上に形成される配線と該配線に実装される電子部品とにより前記ブラシホルダの外周面もしくは底面の少なくとも何れか一方に形成され、前記モータ本体を制御する電子回路とを有することを特徴とする電動モータ。 - 請求項５記載の電動モータにおいて、前記ブラシホルダが放熱性および耐電磁性を有する材料により形成されていることを特徴とする電動モータ。
- 請求項６記載の電動モータにおいて、前記ブラシホルダを金属板にて形成し、前記ブラシホルダが樹脂にて覆われていることを特徴とする電動モータ。
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